(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェノール樹脂１００質量部に対し、無機補強繊維５０〜９０質量部、シラン系カップリング剤又はチタネート系カップリング剤による表面処理を施したグラファイトおよびフッ素樹脂粉末から選ばれる少なくとも一種類の潤滑性付与材１０〜５０質量部および水酸化アルミニウムまたは水酸化マグネシウムである金属水和物３０〜８０質量部を必須成分として配合してなることを特徴とするフェノール樹脂成形材料を用いた摺動部材成形材料。
【請求項２】
前記無機補強繊維として、ガラス繊維、カーボン繊維、繊維状珪酸カルシウム、繊維状硫酸マグネシウム、グラスウール、ロックウール、スラグウール、セピオライト繊維およびワラストナイト繊維から選ばれる少なくとも一種類を含むことを特徴とする請求項１に記載のフェノール樹脂成形材料を用いた摺動部材成形材料。
【請求項３】
摺動部材がスラストワッシャーであることを特徴とする請求項１または２に記載のフェノール樹脂成形材料を用いた摺動部材成形材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動特性、耐熱性、寸法安定性、機械的強度に優れた各種摺動部品に好適なフェノール樹脂成形材料に関するものであり、さらに詳しくは自動車のエンジン部品等に用いられるフェノール樹脂成形材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フェノール樹脂成形材料は耐熱性、寸法安定性、機械的強度に優れることから、自動車関連の摺動分野において金属部品の代替部品の材料として使用されている。近年、自動車のエンジン部品等の摺動部品は高性能化に伴い高荷重、高回転域、高温条件下での要求特性が求められている。特に摺動時の摩擦熱や使用環境下からくる蓄熱により、摺動特性の低下等による不具合が生じるなど、従来のフェノール樹脂成形材料では使用環境に耐えにくい事例が発生してきた。これらを改良する手段として、潤滑性付与材の高充填化と無機補強繊維を併用することで、摺動特性と機械的強度の両立の改良が行われてきた。
【０００３】
従来、潤滑性付与材であるグラファイト等粉末基材の高充填化は、摺動性の向上と熱伝導性の発現効果はあるものの機械的強度が劣るといった欠点があり、その用途には限界があった。また、ガラス繊維の高充填化で機械的強度の向上を図った場合は、その添加割合に比例して摩耗特性が低下し、フェノール樹脂成形材料は、特に自動車分野での金属代替の樹脂化部位に置き換えて使用されることが多く、高充填されたものがガラス繊維の場合、成形品のみならず、相手材である金属、アルミニウムを大きく摩耗させるという問題もある。また、アラミド繊維やザイロン繊維などの有機系繊維や高価なカーボン繊維で補強すると機械的強度と摺動特性に改善効果は見られるもののコストパフォーマンスの要求を実現できないという問題が解消できない。
【０００４】
一方、従来より、パルプ、粉砕布等の天然有機繊維を配合すると摩耗特性が向上することが知られているが、その反面ガラス繊維添加フェノール樹脂成形材料の特長である耐熱性、強度等の低下は避けられなかった。そこで、充填材として、ガラス繊維、有機天然繊維、シリカ粉末を配合することにより、耐熱性、強度を損なわずに摩耗特性を向上できることが見いだされたが（特許文献１参照）、更なる向上が望まれていた。
【特許文献１】特開昭６０−１２４６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記のような従来技術の有する問題点を解決すると共に、耐熱性、寸法安定性、機械的強度を損なうことなく、摺動特性に優れたフェノール樹脂成形材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、前記課題を克服するために鋭意研究した結果、フェノール樹脂に無機補強繊維、潤滑付与剤、金属水和物を特定の割合で配合することによって、目的とするフェノール樹脂成形材料が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明はフェノール樹脂１００質量部に対し、無機補強繊維５０〜９０質量部、潤滑性付与材１０〜５０質量部及び金属水和物３０〜８０質量部を必須成分として配合してなることを特徴とする。
【０００８】
本発明の無機補強繊維として、ガラス繊維、カーボン繊維、繊維状珪酸カルシウム、繊維状硫酸マグネシウム、グラスウール、ロックウール、スラグウール、セピオライト繊維およびワラストナイト繊維から選ばれる少なくとも一種類を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、潤滑性付与材として、グラファイト、フッ素樹脂粉末および２硫化モリブデンから選ばれる少なくとも１種類を含有することを特徴とする。
【００１０】
本発明では金属水和物が、モース硬度が４以下であり、５％以上４０％以下の結晶水を持つことを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明のフェノール樹脂成形材料は、摺動部材成形用であり、その中でも特にスラストワッシャーを成形する材料として用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のフェノール樹脂成形材料は、耐熱性、寸法安定性、機械的強度を維持し、特に摺動時の摩擦熱を金属水和物の吸熱反応で抑え、更には潤滑付与材と組み合わせることで、熱伝導性の相乗効果によって局部的な摩擦熱を抑える改善をし、摺動特性を向上させた。したがって、この成形材料から得られる成形部品は摺動特性に優れることから、高性能の摺動分野における摩擦熱等の発生が予想される自動車用トルクコンバーター部品への樹脂化に好適に使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明において、フェノール樹脂は、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂どちらを用いても良い。
【００１４】
本発明において無機補強繊維として用いられるものは、ガラス繊維、カーボン繊維、鉱物繊維、炭化ケイ素繊維、チタン酸カリウム繊維等があるが、特にガラス繊維、カーボン繊維、鉱物繊維が好ましく、その中でもガラス繊維が最も好ましい。これらの無機補強繊維は、単独もしくは２種類以上を組み合せて使用することができる。鉱物繊維としては、ガラス、岩石等を溶融し繊維状に加工した人造鉱物繊維、例えば、グラスウール、ロックウール、スラグウール、ガラス繊維等が例示される。また、天然に産出する繊維状の鉱物である天然鉱物繊維も利用可能であり、具体的には、セピオライト、ワラストナイト等が例示できる。特に好ましいものは、繊維状珪酸カルシウム、繊維状硫酸マグネシウムである。
【００１５】
また、無機補強繊維においては、摺動時の脱落防止のためカップリング処理を行う。本発明において、カップリング処理は、使用する前の無機繊維に、予めカップリング剤を均一に混合することを示す。このカップリング処理を施すことによって、無機補強繊維と樹脂との接着性を向上させることにより、耐摩耗性及び機械的強度の向上を図ることができるようになる。処理に用いるカップリング剤は、特に限定されるものではないが、シラン系、チタネート系等が挙げられ、フェノール樹脂との密着性の点でシラン系のカップリング剤がより好ましい。
【００１６】
さらに、樹脂についても無機補強繊維との接着性の効果が期待できることから、フェノール樹脂にカップリング剤による表面処理を行うことが好ましい。
【００１７】
また、無機補強繊維の配合量は、５０〜９０質量部、好ましくは６０〜８０質量部である。機械的強度、寸法精度の低下を防ぐためには、５０質量部以上であることが望ましく、摺動時の相手材に対する攻撃性への影響が大きくならないためには、９０質量部以下であることが望ましい。
【００１８】
本発明において無機補強繊維として用いられるガラス繊維およびカーボン繊維は特に限定されないが、平均繊維径が６〜１３μｍのものが好ましく、平均繊維長は１〜３ｍｍが好ましい。この範囲のガラス繊維およびカーボン繊維を用いることにより、成形材料化する際のコンパウンド作業性を向上させ、得られた成形体の機械的強度を良好なものとすることができる。
【００１９】
本発明で無機補強繊維として用いられる鉱物繊維の平均繊維径は１〜１５μｍの範囲が好ましく、更に好ましくは、１〜１０μｍである。また、平均繊維長は５０〜３００μｍの範囲が好ましく、更に好ましくは１００〜２５０μｍである。
【００２０】
本発明で用いられる潤滑性付与材は、グラファイト、フッ素樹脂粉末、２硫化モリブデンである。これらは単独もしくは２種類以上を組み合せて使用することができ、特にグラファイトとフッ素樹脂粉末の組み合せが好適である。
【００２１】
本発明で使用するグラファイトとして、天然のグラファイトおよび人工のグラファイトのいずれでも利用できる。天然のグラファイトは、結晶化度の違いから、真のグラファイトの結晶化度に一番近いリン片状グラファイトと、次いで結晶化度の高いリン片状グラファイト、及び土状のグラファイトに類別されるが、いずれのグラファイトでも使用できる。このグラファイト粒子の平均粒子径は１〜１５０μｍの範囲が好ましく、更に好ましくは５〜５０μｍである。
【００２２】
本発明で使用するフッ素樹脂粉末は、平均粒径が１〜５０μｍで最大粒径が１００μｍが好ましく、平均粒径が１〜２０μｍで最大粒径が５０μｍ以下であるとさらに好ましい。
【００２３】
本発明で使用するは、２硫化モリブデンは、平均粒径が１〜１０μｍが好ましく、さらには平均粒径が０．１〜３μｍであるとより好ましい。
【００２４】
潤滑性付与材の配合量は１０〜５０質量部、好ましくは１５〜４５質量部である。摺動特性の向上の効果を十分に得るには１０質量部以上であることが望ましく、機械的強度の低下を阻止するためには、５０質量部以下であることが望ましい。
【００２５】
また、潤滑付与材についても樹脂との接着を良好にするためにカップリング処理を施すと更に効果が期待できることから、カップリングによる表面処理をすることが好ましい。カップリング剤としては、無機補強繊維のカップリング処理に用いたものが同様に用いられ得る。
【００２６】
本発明で用いられる金属水和物には、モース硬度が４以下であり、５％以上４０％以下の結晶水を持つもの水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ドーソナイト、アルミン酸カリウム、水酸化カルシウム、ほう酸亜鉛、カオリンクレー及び炭酸カルシウムなどがあるが、特に、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムが好ましい。また、これらは単独もしくは２種類以上を組み合せて使用することができる。
【００２７】
本発明で用いられる金属水和物は、モース硬度が４以下であることが好ましく、これより大きいモース硬度では、金型や成形機など生産設備への負担が大きく、その寿命が短くなるという問題が生じる恐れがある。モース硬度は、整数値で表わされ、４以下であればよいが、自己の磨耗を生じさせないためには、１より大きいことが好ましい。また、結晶水は５％以上４０％以下が好ましく、摩擦熱の放熱性向上ためには５％以上であることが好ましく、寸法安定性、機械的強度維持のためには４０％以下が好ましい。
【００２８】
金属水和物の配合量は３０〜８０質量部、好ましくは３５〜７５質量部である。満足のいく熱伝導性を得るためには３０質量部以上であることが望ましく、機械的強度の低下を防ぎかつ熱伝導性を向上させるには８０質量部以下であることが望ましい。
【００２９】
本発明において、金属水和物はその吸熱反応で摺動時の摩擦熱を抑えるはたらきをし、更に熱伝導性のよい潤滑付与材と組み合わせることで、その相乗効果によって局部的な摩擦熱を抑えることができる。
【００３０】
本発明のフェノール樹脂成形材料には、所望により従来フェノール樹脂成形材料に使用されている各種添加剤、例えば硬化剤、硬化触媒のほか、ステアリン酸亜鉛やステアリン酸カルシウムなどの離型剤、カップリング剤、顔料、溶剤等を配合することができる。
【００３１】
本発明のフェノール樹脂成形材料の製造方法は特に限定されないが、加圧ニーダー、ミキシングロール、二軸押出機等で加熱溶融混練した混練物をシート状にし、ペレタイザー、パワーミル等を用いて粉砕して製造される。また、こうして得られた成形材料は、射出成形、移送成形及び圧縮成形等のいずれにも適用することが可能である。
【実施例】
【００３２】
参考例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこの参考例によって限定されるものではない。なお、参考例記載の「部」及び「％」は、特に断らない限り「質量部」及び「質量％」を示す。また、本明細書において質量部を用いて配合量を説明する場合、フェノール樹脂を１００質量部に対する質量部として記載する。
【００３３】
＜参考例1＞
表１に示すように、フェノール樹脂１００部、ガラス繊維（日東紡ガラス製、繊維径：１１μｍ、平均繊維長：３ｍｍ）７０部、水酸化アルミニウム（日本軽金属製）７０部、グラファイト（日本黒鉛工業製）４０部、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミン１５部、離型剤としてステアリン酸カルシウム３部、その他８部を配合し均一混合した。その後、熱ロールにて均一に加熱混練してシート状にし、冷却後パワーミルで粉砕しグラニュール状の成形材料を得た。
【００３４】
得られた成形材料を以下の条件で射出成形し、下記の試験片を得た。
【００３５】
シリンダー温度：前部８５℃、後部４０℃
金型温度：１７０℃
硬化時間：６０秒
得られた試験片を用いて、成形収縮率、曲げ強さ、熱伝導率、滑り摩耗試験について評価を行った。その結果を表１に示す。なお各種特性評価について、下記に基づいて実施した。
【００３６】
（１）成形収縮率
ＪＩＳＫ６９１１規格に準じて成形収縮率を測定した。
（２）曲げ強さ
ＪＩＳＫ７１７１規格に準じて曲げ強さを測定した。
（３）熱伝導率
迅速熱伝導率計（京都電子工業製）にて、５０×１５０×厚み５ｍｍの試験片をプローブ法により測定した。
（４）滑り摩耗試験
樹脂：３０×３０×厚み３ｍｍの角板試験片
相手材：外径２５．６ｍｍ、内径２０ｍｍ、長さ１５ｍｍの中空円筒
相手材質：Ｓ４５Ｃ
試験面圧：１．４７ＭＰａ        試験速度：０．２ｍ／ｓｅｃ  
試験時間：１Ｈｒ                環境：無潤滑
【００３７】
〈参考例２〜４、比較例１〜３〉
配合割合を表１に示すように変えた以外は参考例１と同様にして、成形材料を製造し評価した。
【００３８】
【表１】
0005213302.tif 000002
表１から明らかなように、参考例１〜４で得られたフェノール樹脂成形材料は、耐熱性、寸法安定性、機械的強度を損なうことなく、熱伝導性が良好で摺動特性に優れた特性を示している。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上説明したように、本発明によれば、従来のフェノール樹脂成形材料に比べて耐熱性、寸法安定性、機械的強度を維持しつつ、熱伝導率を向上すなわち放熱性の向上が図られるため、摺動時の温度上昇を抑制し異常摩擦を引き起こすことのない成形体が得られ、自動車用摺動部品、特に高性能駆動部品の樹脂化の促進が可能となる。